Effektive Speicherung und Verwaltung großer Datenmengen

Feststellungen:

Die Aufgabe lässt sich prinzipiell mit der Tabellenkalkulation lösen. Jedoch ist der vom Bibliothekar zu betreibende Aufwand sehr groß, da sich dieser beim Suchen oder Ergänzen an verschiedenen Eintragungen (i. d. R. Nummern) durch die Tabellen hangeln muss.

Offensichtlich sind Tabellen geeignete Konstrukte zum Speichern umfangreicher Daten. Die Verwaltung dieser Daten, also das Suchen, Erweitern und Ändern ist jedoch zu umständlich. Eine Tabellenkalkulation ist zum Verwalten umfangreicher Datenmengen das falsche Werkzeug. Es muss einen besseren Weg geben.

Die Lösung liegt in der Verwendung von Datenbanksystemen. Diese sollten die Vorteile der Speicherung von Daten in Tabellen haben und effiziente Möglichkeiten zum Eingeben, Ändern und Abfragen von Daten besitzen. 

Beispiel

Für jeden Schüler werden jährlich die Stammdaten (Name, Vorname, Geburtsdatum, Anschrift, Telefon) erfasst bzw. kontrolliert. Die Eingabe der Daten erfolgt durch das Sekretariat. Die Grunddaten benötigen aber auch:

• der Koordinator der Sekundarstufe II, um das Kurssystem aufzubauen,
• der Koordinator der Sekundarstufe I, um die WPU-Kurse zu planen,
• die Schülerbibliothek, um die Leihlisten zu aktualisieren,
• der Schuladministrator, um die Schüleraccounts zu erstellen.

Jeder Verwender erhielt von allen Daten eine Kopie auf seinem Rechner. Damit konnte er auf diese zugreifen und Veränderungen in ihnen vornehmen. Ging ein Schüler vom Gymnasium ab, so konnte es passieren, dass seine Daten nur im Sekretariat gelöscht wurden. Die anderen Nutzer mit ihren veränderten Daten erfuhren nichts vom Abgang des Schülers. 

Es ergab sich folgende Datennutzungsstruktur:

Nachteile einer solchen Datenverwaltung:

• starke Datenredundanz, d. h. dieselben Daten werden mehrfach gespeichert
• nach längerer Zeit erhöhte Dateninkonsistent, d. h. Widersprüchlichkeit zwischen den Datensammlungen 
• Unflexibel beim Einarbeiten von Änderungen, d. h. Änderungen müssen für jeden Nutzer vorgenommen werden
• verminderter Datenschutz und geringe Datensicherheit, d. h. Nutzer erhalten Daten, deren Einsicht für sie nicht zulässig ist, Datendiebstahl wird vereinfacht
• keine Standards, d. h. jedes Programm verwaltet die Daten anders

Datenverwaltung optimal/heute 

In der vernetzten Schule gibt es die Schülerdaten nur einmal. Die einzelnen Anwender/Programme greifen nach Prüfung der Befugnis über das Datenbankmanagementsystem (DBMS) logisch auf die Datenbasis zu und erhalten eine eingeschränkte, auf ihre Aufgaben zugeschnittene Sicht auf die Daten. Eine direkte Manipulation der Daten ist nicht mehr möglich. Das DBMS überwacht die Zugriffe. 

Ein solcher Aufbau ist sinnvoll und dient als Modell für den allgemeinen Aufbau eines Datenbanksystems.

Grundsätzlicher Aufbau von Datenbanksystemen

Ein Datenbanksystem (DBS) setzt sich aus einer Datenbasis und einem Datenbank-Managementsystem (DBMS) zusammen. Das DBMS ist ein Softwaresystem zur Definition, Administration, Manipulation und Abfrage von Daten. Es stellt die Schnittstelle zwischen Benutzer und Datenbasis dar und dient der effizienten Speicherung und Abfrage der strukturierten Daten. Die Datenbasis enthält neben den reinen Nutzdaten auch die zur Verwaltung des gesamten Systems nötigen Metadaten. 

Kriterien/Anforderungen an DBS

Aus dem formalen Aufbau von Datenbanksystemen ergeben sich Eigenschaften, die gleichzeitig Kriterien für ein gute DBS sind: 

• Integritätssicherung 
  Daten werden bereits während der Eingabe auf Korrektheit überprüft und Fehleingaben verhindert
• Redundanzarmut
  ungeordnete Mehrfachspeicherung von Datenwerten wird vermieden
• Datensicherheit
  ungewollter Datenverlust wird durch Backup- und Prüfmechanismen verhindert
• Datenschutz
  Zugriffskontrolle und spezifische Sichten sorgen für einen Zugang gemäß der Rechte des Nutzers
• Mehrbenutzerbetrieb
  mehrere Benutzer können parallel mit den Daten der Datenbank arbeiten, Kollisionen werden verhindert
• Datenunabhängigkeit
  das DBMS ist nicht an die Daten der Datenbank gekoppelt, es kann unabhängig von den Daten weiterentwickelt werden
• zentrale Kontrolle
  ein Administrator ist in der Lage, das gesamte System von einem Rechner aus zu verwalten

nach Horn/Kerner/Forbrig: Lehr- und Übungsbuch Informatik Bd. 1

Die Aufgabe mit der Bibliotheksverwaltung hat ergeben, das sich die Daten in Tabellen strukturieren lassen. Diese Art der Modellierung wird relationales Datenbankmodell genannt und geht auf die Arbeit von Edgar F. Codd (Turing-Preisträger 1981) bei IBM aus dem Jahr 1970 zurück. Folgende Begriffe prägen das Modell:

Das Relationenschema lässt sich kurz notieren: Person (PNr, Name, Vorname, PLZ, Ort)

Ziel des Kurses ist es, solche Strukturen aus Datenbankanforderungen selbst zu entwickeln. Zuvor wollen wir aber mal schauen, ob das Datenbanksystem wirklich besser in der Lage ist, Informationen aus den Tabellen zu ermitteln. Wir erinnern uns ja mit Grausen an die Bibliotheksaufgabe zurück!

Bild: (c) IBM, Quelle Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Edgar_F_Codd.jpg